Aplikace nanotechnologií

Kontaktní osoby

Photo: Ing. Jaroslav Lev, Ph.D.
Ing. Jaroslav Lev, Ph.D.
Tel.: 548 428 115
Mobil: 606 078 832
E-mail: lev@asio.cz

Vhodné materiály pro nanotechnologické aplikace při čištění a úpravě vody a vzduchu

Projekt „Vhodné materiály pro nanotechnologické aplikace při čištění a úpravě vody a vzduchu“, s pracovním názvem NANAPL byl řešen s finanční podporou Technologické agentury České Republiky v rámci programu pro podporu aplikovaného výzkumu a experimentálního vývoje ALFA v letech 2011 - 2014.

Hlavním cílem projektu bylo rozšířit nanotechnologie a nanomateriály do oblasti čištění a úpravy vod a vzduchu. Potřebnost tohoto projektu souvisí s tím, že se Česká republika při přístupových jednáních k Evropské Unii zavázala v environmentální oblasti k dosažení tzv. dobrého stavu vod. S plněním tohoto závazku máme značné problémy, které jsou dané jednak finančními možnostmi a v řadě případů také nedostatečnou úrovní stávajících technologií zabývajících se nakládání s vodami. V současnosti je zřejmé, že ani stávající BAT (best available technologies) technologie nejsou v řadě případů schopny tzv. dobrý stav vod zajistit, a proto objevy nových technologií jsou potřebné a žádané - zejména pokud povedou k ekonomickým způsobům řešení. Aktuálně se využitím nanotechnologií pro úpravu vody a vzduchu začíná zabývat stále více zahraničních firem. Je tedy třeba podchytit tento trend a formou chráněných postupů a vhodnou propagací si zajistit postavení, jak na evropském trhu, tak i možnosti exportu do dalších mimoevropských zemí. V současné době nejsou nanotechnologie a nanomateriály v oboru čištění vod a vzduchu téměř vůbec používány. Jejich použití však může značně zvýšit účinnost stávajících procesů čištění jako je např. sorpe nebo katalytická oxidace, tím že zvýší využitelnost povrchu v jednotce objemu. Nanotechnologie mohou nahradit v procesu úpravy a čištění vody a vzduchu řadu klasických technologií jako - iontoměniče, reverzní osmózu, koagulaci, sorpci za podmínek výhodnějších než poskytovaly tyto technologie a bez některých omezení daných těmito technologiemi - bez nadměrné produkce kalu, bez zvýšení solnosti, s nižšími náklady, atd.

Řešitelský tým tvořilo pět členů - dva zástupci akademické sféry: Botanického ústavu Akademie věd České republiky, v.v.i. a Mendelovy Univerzity v Brně, výzkumného pracoviště Centrum organické chemie s r.o. Rybitví, a dvou aplikačních firem - výrobce plastových výrobků a nanovlákenných struktur SPUR a. s. a firmy ASIO, spol. s r.o., která měla v tomto konsorciu roli koordinátora.

Cílem projektu bylo rozšíření nanotechnologií a nanomateriálů i do oblasti čištění a úpravy vod a vzduchu spočívající ve vytipování vhodných materiálů, výrobě jejich nanoforem ve formách použitelných pro procesy při čištění vod a vzduchu, ověření použitelnosti a definování podmínek použití při různých technologických postupech zpracovávajících vodu a vzduch, včetně návrhu zařízení ve formě funkčních laboratorních modelů, ověření funkčnosti zařízení na poloprovozním zařízení (prototypu) a prezentace výsledků.

V projektu byly plánovány výstupy: užitný vzor na zařízení na hygienické zabezpečení vody s využitím nanotechnologií, funkční vzorek zařízení na dezodorizaci vzduchu, funkční vzorek zařízení na čištění vod pomocí fotokatalytické a funkční vzorek nanovláknitého materiálu pro filtraci vody. Součásti výzkumu byly také testy ověřující možné negativní vlivy těchto nových materiálů na životní prostředí. Všechny výstupy byly splněny. Stručný popis výstupů je uveden v následujících odstavcích.

Zařízení na hygienické zabezpečení vody – nanovlákenná membránová jednotka

Experimenty v reálných podmínkách provedené na funkčním vzorku potvrdily využitelnost nanovláknitých struktur k odstranění nerozpuštěných látek a mikrobiálního znečištění z odpadní vody. Testovací jednotka je uvedena na Obr. 1. Výsledky z testování byly využity pro návrh sériové membránové jednotky s nanovláknitými materiály. V současnosti je vyrobeno několik prototypů, které jsou testovány v reálných podmínkách na průmyslových a komunálních odpadních vodách.  


Obr. 1: Skutečné provedení membránové jednotky (vlevo), detail membránové desky (vpravo)

Zařízení na odstraňování zápachu fotokatalytickou oxidací s využitím nanotechnologií

Zařízení slouží k čištění zápachu ze vzduchu. Zařízení využívá rozpuštěné fotoaktivní částice ftalocyaninu rozpuštěné ve vodě. Tento proces je využitelný na odstranění zápachu organického původu.
 

Obr. 2: Model zařízení pro čištění zápachu ze vzduchu při poloprovozním testování, vlevo věž s absorpční komorou, vpravo je nasávací potrubí s ventilátorem

Zařízení na využití procesu katalytické oxidace v tekutinách

Zařízení využívá fotoaktivních částic ftalocyaninů rozpuštěných v odpadní vodě. Osvitem světla o patřičné vlnové délce dochází k degradaci organického znečištění. K osvitu je možno využít i slunečního záření, ale pro praxi se osvědčily vysokovýkonné diodové zdroje. Fotoaktivní částice jsou po dokončení procesu separovány na membránové jednotce. Zařízení slouží k odstranění nižších koncentrací znečištění organického původu.

Obr. 3: Poloprovozní zařízení na fotokatalytické čištění vod

Nanovláknitý filtrační materiál - Membrána pro filtraci vod SpurTex MF

V rámci projektu byl ve spolupráci s firmou SPUR a.s. vyvinut nanovláknitý mikrofiltrační materiál pro filtraci kapalin. Filtrační materiál je tvořen podkladovým materiálem, na kterém je nanesena vrstva nanovlákenné struktury. V projektu byl také vyvinut systém pro zvýšení adheze nanovlákenné struktury na podkladu, zvyšující mechanickou odolnost. Materiál je nyní komerčně dostupný pro široké spektrum aplikací ve filtraci kapalin. V současnosti jsou připravovány prototypy filtračních modulů z připravených materiálů pro reálné aplikace.


Obr.4: Struktura filtračního nanovláknitého materiálu pod elektronovým mikroskopem (zvětšení 5000 x)

 

Kontakty

ASIO, spol. s r.o.
Kšírova 552/45
619 00 Brno
ID datové schránky: 9nwzka6

ASIO NEW, spol. s r.o.
Kšírova 552/45
619 00 Brno
ID datové schránky: z9g8vaw

tel.: 548 428 111
e-mail: asio@asio.cz